JPH03252033A - Gas phase ion source - Google Patents

Gas phase ion source

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Publication number
JPH03252033A
JPH03252033A JP2050556A JP5055690A JPH03252033A JP H03252033 A JPH03252033 A JP H03252033A JP 2050556 A JP2050556 A JP 2050556A JP 5055690 A JP5055690 A JP 5055690A JP H03252033 A JPH03252033 A JP H03252033A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
emitter
hole
helium gas
cone
gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP2050556A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Haruo Kasahara
春生 笠原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jeol Ltd
Original Assignee
Jeol Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Jeol Ltd filed Critical Jeol Ltd
Priority to JP2050556A priority Critical patent/JPH03252033A/en
Publication of JPH03252033A publication Critical patent/JPH03252033A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/06Sources
    • H01J2237/08Ion sources
    • H01J2237/0802Field ionization sources
    • H01J2237/0807Gas field ion sources [GFIS]

Landscapes

  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PURPOSE:To made helium gas in the vicinity of an emitter less than 10<-4>Torr in pressure even when accelerating voltage is made high by employing a throttle in a pressure changing means wherein the throttle is made up in such a way that a bar shaped member is inserted into the hole of an aperture plate while a little gap is provided between the hole and the member. CONSTITUTION:A throttle is disposed, which is so constituted that the conical section of a cone 20 is coupled in the hole 19S of an aperture plate 19 while the other end of the cone is bonded on the aperture plate 19. When helium gas of somewhat 1ATM. is applied to a pipe 11', the conical section at the tip end of the cone 20 is pressed intensely against the hole 19S so that a contact section between the conical section at the tip end of the cone 20 and the hole 19S is kept less than 10<-8>l/s in conductance. Namely, this is substantially equiva lent to a state that the throttle the hole diameter of which is less than 0.5mum, is provided. By this constitution, even when highly accelerating voltage of some what 100KV is applied to an emitter 8, the pressure less than 10<-4>Torr of helium gas in the vicinity of the emitter can be secured with no discharge induced along the inner surface of the pipe 11' and in helium gas.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、高加速電圧が印加できるように成したガスフ
ェーズイオン源に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a gas phase ion source capable of applying a high acceleration voltage.

(従来の技術) 最近、ガスフェーズイオン源を用いたイ゛オンビーム装
置が開発されている。
(Prior Art) Recently, an ion beam device using a gas phase ion source has been developed.

このガスフェーズイオン源は、先端が鋭く形成されたエ
ミッタ先端に例えばヘリウムガス、水素等イオン種とな
るガスを供給し、該カス分子を強電界によって電離させ
、イオン化するイオン源である。
This gas phase ion source is an ion source that supplies a gas as an ion species, such as helium gas or hydrogen, to an emitter tip formed with a sharp tip, and ionizes the dregs molecules by a strong electric field.

この様なイオン源においては、エミッタに高電圧を印加
すると共に、ビーム電流を増大させる為、エミッタを4
°に程度の極低温に冷却する必要がある。その為、従来
第3図に示すような構造のものが開発されている。
In such an ion source, in order to apply a high voltage to the emitter and increase the beam current, the emitter is
It needs to be cooled to extremely low temperatures, around 30°F. For this reason, a structure as shown in FIG. 3 has been developed.

第3図においで、1は内部が高真空に保たれたイオン源
外壁、2は内部に冷媒、例えば液体ヘリウム3を満たし
たタンクで、イオン源外壁1上部に形成した開口4の絶
縁部にステンレス製のベローズ5を介して熱的に遮断さ
れた状態で支持されている。6はこのタンク2の底部に
固定された熱伝導性の高い電気絶縁物質、例えばサファ
イアで、このサファイアの底部中央部にホルダ7を介し
て先端が鋭く加工されたエミッタ8が保持されている。
In Fig. 3, 1 is the outer wall of the ion source whose interior is kept in a high vacuum, and 2 is a tank filled with a coolant such as liquid helium 3, which is inserted into the insulating part of the opening 4 formed at the top of the outer wall 1 of the ion source. It is supported in a thermally insulated state via a stainless steel bellows 5. Reference numeral 6 is an electrically insulating material with high thermal conductivity, such as sapphire, fixed to the bottom of the tank 2, and an emitter 8 having a sharp tip is held in the center of the bottom of the sapphire via a holder 7.

9はこのエミッタ8に対向して設置ごれた弓円電極で、
中央部にイオン通過用穴9aが形成されており、また、
この引出電極は電気絶縁物質で形成された支持筒10を
介して前記サファイア6に支持されている。11は前記
エミッタ8近傍にイオン種となるガス、例えばヘリウム
ガスを導入するためのバイブで、このバイブの一端は前
記支持筒10側壁に貫通して取り付けられており、また
、他端は熱交換器12を介して図示外のヘリウムガスを
満たしたガスボンベに接続されている。
9 is a bow-circular electrode placed opposite to this emitter 8;
An ion passage hole 9a is formed in the center, and
This extraction electrode is supported by the sapphire 6 via a support tube 10 made of an electrically insulating material. Reference numeral 11 denotes a vibrator for introducing a gas as an ion species, such as helium gas, into the vicinity of the emitter 8. One end of this vibrator is attached to the side wall of the support tube 10 by penetrating it, and the other end is attached to a heat exchanger. It is connected to a gas cylinder (not shown) filled with helium gas via a container 12.

前記熱交換器12内には液体窒素13が導入されている
。14は前記タンク2内に液体ヘリウムを供給するため
の供給パイプ、15はタンク2内で気化したヘリウムガ
スを排出するための排出パイプである。16は前記開口
4を塞ぐための蓋体で、熱絶縁物質で形成されている。
Liquid nitrogen 13 is introduced into the heat exchanger 12 . 14 is a supply pipe for supplying liquid helium into the tank 2, and 15 is a discharge pipe for discharging the helium gas vaporized within the tank 2. Reference numeral 16 denotes a lid for closing the opening 4, and is made of a heat insulating material.

この様に成せば、エミッタ8はサファイア6によりアー
ス電位のイオン源外壁1やタンク2に対して電気的に絶
縁されると同時に、このサファイアを通して冷却される
。そこで、このエミッタに図示外の加速電原から50K
V程度の加速電圧を印加し更にエミッタ8と引出電極9
との間に数10KV程度の引出電圧を印加した状態にお
いて、バイブ11よりヘリウムガスをエミッタ近傍に供
給すれば、ヘリウムガスの分子がエミッタの先端に吸着
し、その吸着したガス分子がエミッタと引出電極間の強
電界により電離される。この電離により発生したイオン
が引出電圧により引き出されると同時に、加速電圧によ
り図示外の陽極方向に加速される。
By doing so, the emitter 8 is electrically insulated by the sapphire 6 from the ion source outer wall 1 and the tank 2 which are at ground potential, and at the same time is cooled through the sapphire. Therefore, 50K is applied to this emitter from an accelerating electric field not shown.
Applying an accelerating voltage of about V, the emitter 8 and extraction electrode 9
If helium gas is supplied from the vibrator 11 to the vicinity of the emitter while applying an extraction voltage of several tens of kilovolts between the Ionized by the strong electric field between the electrodes. Ions generated by this ionization are extracted by an extraction voltage and simultaneously accelerated toward an anode (not shown) by an accelerating voltage.

この様な構成において、バイブ11から常温のヘリウム
ガスを導入すると、エミッタ8を液体ヘリウム温度(4
°に程度)まで冷却することができなくなるため、一般
には同図で示すように熱交換器12を設け、ヘリウムガ
スを液体窒素温度まで冷却してからエミッタ近傍に供給
するようにしている。その結果、熱交換器を用意しなけ
ればならないため、構成が複雑化すると共に、コストア
ップの原因となっている。
In such a configuration, when normal temperature helium gas is introduced from the vibrator 11, the emitter 8 reaches the liquid helium temperature (4
Since it is no longer possible to cool the helium gas to a temperature of about 100.degree. As a result, a heat exchanger must be provided, which complicates the configuration and increases costs.

第4図はこの様な問題を解決するために提案されたガス
フェーズイオン源の概略図である。図中前記第2図と同
一番号を付したものは同一構成要素である。
FIG. 4 is a schematic diagram of a gas phase ion source proposed to solve such problems. In the figure, the same components as in FIG. 2 are denoted by the same numbers.

第4図のガスフェーズイオン源においては、イオン化す
べきガスを供給するバイブ11−をタンク2内の冷媒3
中に挿入するように構成している。
In the gas phase ion source shown in FIG. 4, a vibrator 11- for supplying gas to be ionized is connected to a refrigerant 3
It is designed to be inserted inside.

図中、17a、17bは支持筒10内と前記バイブ11
′を繋ぐためにタンク2内の底部及びサファイア6に形
成したガス通路、18は絞りで、エミッタ8の近傍に導
入するヘリウムガスの圧力を10−’Torr以下に減
圧してアーク放電を防止するためのものである。
In the figure, 17a and 17b indicate the inside of the support tube 10 and the vibrator 11.
A gas passage is formed in the bottom of the tank 2 and in the sapphire 6 to connect the emitter 8, and a gas passage 18 is a constrictor that reduces the pressure of the helium gas introduced near the emitter 8 to 10-' Torr or less to prevent arc discharge. It is for.

この様に成せば、バイブ11゛はエミッタ8を冷却する
ための冷媒3によって冷却されるため、独立した熱交換
器を設けることなく、直接常温のヘリウムガスをイオン
源外壁1内に導入しても、このガスはタンク2内を通過
する際、液体ヘリウム温度まで冷却される。そして、絞
り18により所定の圧力まで減圧された後、ガス通路1
7a117bを通して支持筒10内、つまり、エミッタ
8近傍に導かれる為、エミッタ8の温度が上昇すること
はなく、液体ヘリウム温度に維持することができる。
With this configuration, the vibrator 11' is cooled by the refrigerant 3 for cooling the emitter 8, so room temperature helium gas can be directly introduced into the ion source outer wall 1 without providing an independent heat exchanger. Also, as this gas passes through the tank 2, it is cooled to liquid helium temperature. After the pressure is reduced to a predetermined pressure by the throttle 18, the gas passage 1
Since it is guided into the support tube 10 through 7a117b, that is, near the emitter 8, the temperature of the emitter 8 does not rise and can be maintained at the liquid helium temperature.

(発明が解決しようとする課題) 所で、前記エミッタ8に加速電源(図示せず)から、高
い加速電圧を印加すると、前記バイブ11−の沿面、及
び該バイブ11′の中に供給されるヘリウムガス中で放
電が起こる。該放電を防止する方法として前記バイブ1
1′の長さを長くする事が考えられるが、これではイオ
ン源全体が大型化してしまう。その為、第4図18に示
す如き、絞りを設けてバイブ11′に供給するヘリウム
ガスのガス圧を高くする事によって前記放電を防止して
いる。
(Problem to be Solved by the Invention) When a high accelerating voltage is applied to the emitter 8 from an accelerating power source (not shown), a high accelerating voltage is applied to the creeping surface of the vibrator 11- and into the vibrator 11'. Electric discharge occurs in helium gas. As a method for preventing the discharge, the vibrator 1
It is conceivable to increase the length of 1', but this would increase the size of the entire ion source. Therefore, as shown in FIG. 4, the discharge is prevented by providing a throttle to increase the gas pressure of the helium gas supplied to the vibrator 11'.

しかし、前記エミッタ8に、例えば、100KV程度の
加速電圧を印加した時、1気圧程度のヘリウムガスをバ
イブ11″に供給しても、エミッタ8近傍のヘリウムガ
スの圧力を10−’Torr以下にする為には、1O−
81)/s以下の非常に低いコンダクタンスの絞りが必
要となる。この様な絞りは、孔径が0.5μm以下の絞
りに相当するが、この様な孔径の小さな絞りの製作は非
常に困難である。
However, when an accelerating voltage of, for example, about 100 KV is applied to the emitter 8, even if helium gas of about 1 atm is supplied to the vibrator 11'', the pressure of the helium gas near the emitter 8 is reduced to 10-'Torr or less. In order to do this, 1O-
81)/s or less is required. Such a diaphragm corresponds to a diaphragm with a hole diameter of 0.5 μm or less, but it is extremely difficult to manufacture a diaphragm with such a small pore diameter.

本発明は加速電圧を高くしても、エミッタ近傍のヘリウ
ムガスの圧力を10−’Toor以下に設定できる絞り
を備えた新規なガスフェーズイオン源を提供する事を目
的としたものである。
An object of the present invention is to provide a novel gas phase ion source equipped with an aperture that allows the pressure of helium gas near the emitter to be set to 10-'Toor or less even when the accelerating voltage is increased.

(課題を解決するための手段) その為に本発明は、高電圧が印加されるエミッタ、該エ
ミッタを冷却する冷媒を収納するタンク、前記エミッタ
に対向して配置され該エミッタとの間に引出電圧が印加
される引出電極、前記冷媒中に挿入され、前記エミッタ
近傍にイオン化すべきガスを供給するパイプ、該パイプ
中に設けられ、アパーチャ板の孔に読札との間に僅かな
隙間ができる棒状部材を嵌め込んで成る絞り体、及びこ
れらの部材を収納する真空容器から成るガスフェーズイ
オン源を発明した。
(Means for Solving the Problems) For this purpose, the present invention provides an emitter to which a high voltage is applied, a tank for storing a refrigerant for cooling the emitter, and a drawer disposed opposite to the emitter and having a drawer between the emitter and the emitter. An extraction electrode to which a voltage is applied, a pipe inserted into the refrigerant and supplying gas to be ionized near the emitter, and a small gap provided in the pipe and between the hole in the aperture plate and the reading plate. We have invented a gas phase ion source consisting of a constrictor body into which rod-shaped members are fitted, and a vacuum container housing these members.

(実施例) 第1図は本発明の要部である絞りの一実施例を示したも
のである。
(Embodiment) FIG. 1 shows an embodiment of a diaphragm which is a main part of the present invention.

図中19は孔径が、例えば、0.1mm程度の孔19S
を持つアパーチャ板、20は、例えば、電界エツチング
により外径か、例えば、0.125mm程度で先端部が
円錐状に形成されたコーンである。該コーンの円錐部か
前記アパーチャ板19の孔19Sに嵌め込められ、該コ
ーンの他端部が前記アパーチャ板19に接着されている
In the figure, 19 is a hole 19S with a hole diameter of about 0.1 mm, for example.
The aperture plate 20 is, for example, a cone having an outer diameter of about 0.125 mm and a conical tip formed by electric field etching. The conical portion of the cone is fitted into the hole 19S of the aperture plate 19, and the other end of the cone is bonded to the aperture plate 19.

この様な構成を持つ絞りを前記第4図に示した絞り18
の代わりに配置する。この際、第1図に示すように、イ
オン化すべきガスを導入するパイプ11′の内壁と該絞
りの外周との間で気体が漏れないように、該絞りを該内
壁に固定する。そして、前記パイプ11′に1気圧程度
のヘリウムガスを供給すると前記コーン20先端の円錐
部はアパーチャ板19の孔19Sに強く押し付けられ、
前記コーン20の先端部#[とアパーチャ板19の孔1
9S部の接触部のコンダクタンスが10−811/s以
下に保たれる。即ち、孔径が0. 5μm以下の絞りを
設けたのと実質的に同じ状態となる。
A diaphragm having such a configuration is the diaphragm 18 shown in FIG.
Place it instead of . At this time, as shown in FIG. 1, the aperture is fixed to the inner wall so that no gas leaks between the inner wall of the pipe 11' into which the gas to be ionized is introduced and the outer periphery of the aperture. Then, when helium gas of about 1 atmosphere is supplied to the pipe 11', the conical portion at the tip of the cone 20 is strongly pressed against the hole 19S of the aperture plate 19.
The tip # of the cone 20 and the hole 1 of the aperture plate 19
The conductance of the contact portion of the 9S portion is maintained at 10−811/s or less. That is, the pore diameter is 0. This is substantially the same state as if a diaphragm of 5 μm or less was provided.

従って、エミッタ8に、例えば、100KV程度の高加
速電圧を印加した場合でも、前記パイプ11′の沿面や
該バイ111′のヘリウムガス中で放電を起こさずに、
前記エミッタ近傍のヘリウムガスの圧力を10−’To
rr以下にできる。
Therefore, even when a high accelerating voltage of, for example, about 100 KV is applied to the emitter 8, no discharge occurs along the surface of the pipe 11' or in the helium gas of the bi 111'.
The helium gas pressure near the emitter is set to 10-'To
It can be made below rr.

さて、前記絞りにおけるコンダクタンスはアパーチャ板
19の孔径、コーン20先端の円錐部の開き角、アパー
チャ板19の孔の表面粗さ等で可変できる。
Now, the conductance in the aperture can be varied by changing the hole diameter of the aperture plate 19, the opening angle of the conical portion at the tip of the cone 20, the surface roughness of the hole of the aperture plate 19, etc.

尚、前記絞りの変形として、第2図(a)に示す如く、
前記アパーチャ板19の孔にコーン20の一定径部分を
挿入したものや、第2図(b)に示す如く、何枚かのア
パーチャ板19A、19B。
In addition, as a modification of the aperture, as shown in FIG. 2(a),
A cone 20 with a constant diameter portion inserted into the hole of the aperture plate 19, or several aperture plates 19A and 19B as shown in FIG. 2(b).

19Cを重ね合わせ、該重ね合わされた各アパーチャの
孔にコーン20を挿入してコンダクタンスを微調整する
ものも考えられる。
19C may be superimposed, and a cone 20 may be inserted into the hole of each of the superimposed apertures to finely adjust the conductance.

(効果) 本発明は、高電圧が印加されるエミッタ、該エミッタを
冷却する冷媒を収納するタンク、前記エミッタに対向し
て配置され該エミッタとの間に引出電圧が印加される引
出電極、前記冷媒中に挿入され、前記エミッタ近傍にイ
オン化すべきガスを供給するパイプ、該パイプ中に設け
られた圧力可変手段としての絞り、及びこれらの部材を
収納する真空容器から成るガスフェーズイオン源におい
て、圧力可変手段としての絞りとして、アパーチャ板の
孔に、読札との間に僅かな隙間ができる棒状部材を嵌め
込んで成る容易に製作可能な絞りを使用したので、加速
電圧を高くしても、エミッタ近傍のヘリウムガスの圧力
を10−4以下に実現できる。
(Effects) The present invention provides an emitter to which a high voltage is applied, a tank containing a refrigerant for cooling the emitter, an extraction electrode placed opposite to the emitter and to which an extraction voltage is applied between the emitter and the emitter. A gas phase ion source consisting of a pipe inserted into a refrigerant and supplying a gas to be ionized near the emitter, a throttle as a pressure variable means provided in the pipe, and a vacuum container housing these members, As the diaphragm used as a pressure variable means, we used an easily manufactured diaphragm consisting of a rod-shaped member fitted into the hole of the aperture plate to create a small gap between it and the reading plate, so even if the accelerating voltage was high, , the pressure of helium gas near the emitter can be realized to be 10 −4 or less.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示した絞りの構成図、第2
図は本発明の変形による絞りの構成図、第3図及び第4
図は従来のガスフェーズイオン源の構成図である。
Fig. 1 is a configuration diagram of an aperture diaphragm showing one embodiment of the present invention;
The figures are configuration diagrams of an aperture according to a modification of the present invention, Figures 3 and 4.
The figure is a block diagram of a conventional gas phase ion source.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  高電圧が印加されるエミッタ、該エミッタを冷却する
冷媒を収納するタンク、前記エミッタに対向して配置さ
れ該エミッタとの間に引出電圧が印加される引出電極、
前記冷媒中に挿入され、前記エミッタ近傍にイオン化す
べきガスを供給するパイプ、該パイプ中に設けられ、ア
パーチャ板の孔に該孔との間に僅かな隙間ができる棒状
部材を嵌め込んで成る絞り体、及びこれらの部材を収納
する真空容器から成るガスフェーズイオン源。
An emitter to which a high voltage is applied, a tank containing a refrigerant for cooling the emitter, an extraction electrode placed opposite to the emitter and to which an extraction voltage is applied between the emitter and the emitter;
A pipe that is inserted into the refrigerant and supplies the gas to be ionized near the emitter, and a rod-shaped member that is installed in the pipe and has a small gap between the hole and the hole of the aperture plate is fitted. A gas phase ion source consisting of a constrictor and a vacuum container that houses these members.
JP2050556A 1990-03-01 1990-03-01 Gas phase ion source Pending JPH03252033A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015092496A (en) * 2014-12-26 2015-05-14 株式会社日立ハイテクノロジーズ Ion beam device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015092496A (en) * 2014-12-26 2015-05-14 株式会社日立ハイテクノロジーズ Ion beam device

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